主要内容

802.11ax居住场景中BSS着色的空间复用

开放模式

本示例演示如何使用SimEvents®、Stateflow®和WLAN Toolbox™模拟具有基本服务集(BSS)着色的空间重用(SR)对IEEE Std 802.11ax™住宅场景网络吞吐量的影响。此示例模拟IEEE Std 802.11ax™-2021中定义的非空间重用组重叠BSS包检测(OBSS PD) [1］．该特性的基本目标是通过最大化bss之间的频率重用来提高密集网络场景下的网络性能。这是通过在[-62，-82]dBm范围内调整OBSS PD阈值来实现的。每个BSS都被分配了一个唯一的颜色代码，称为BSS颜色。BSS颜色允许802.11ax站(STA)决定是否允许与OBSS同时使用频谱。这将导致忽略来自OBSS的帧，并允许在密集网络场景中向多个设备并发传输数据，从而减轻暴露的节点问题。为了演示具有BSS着色特征的SR，该示例在一个两层的住宅公寓中建模了一个由四个BSS组成的网络拓扑。每层包含两个BSS，每个BSS由一个接入点(AP)和一个STA组成。通过该模型，您可以在[-62，-82]dBm范围内配置OBSS PD阈值，并研究其对每个BSS吞吐量的影响。您还可以编写自己的算法在模拟过程中动态控制OBSS PD阈值水平。

基于IEEE 802.11ax OBSS pd的空间复用操作

在由传统IEEE®802.11设备组成的密集网络场景中，由于频谱有限，多个ap在同一频率下工作。这导致了一种低效的范式，导致网络拥塞和放缓。此外，旧设备无法有效地相互通信，以最大限度地利用信道资源。为解决此问题，IEEE Std 802.11ax™-2021 [1]介绍了基于OBSS pd的SR操作，以优化密集网络场景下频谱的高效重用。为了实现这一点，增加了在相同频率下工作的bss的并行传输数量，这可能会提高bss的网络性能。为了增加并行传输的数量，检测到的OBSS传输的清晰信道评估/载波感知(CCA/CS)阈值被调整为一个称为OBSS PD阈值的新值。OBSS PD阈值高于默认的CCA/CS阈值。该图说明了OBSS中的SR操作。网络拓扑由两个bss组成，每个bss包含一个AP和一个STA。

默认的CCA/CS阈值(用蓝色虚线表示)不支持AP1和AP2之间的同时传输。在这种情况下，如果BSS-1中的设备占用了BSS-2中的传输通道，则BSS-2中的传输必须延迟。但是，通过优化OBSS PD阈值(用红色虚线表示)，两个ap可以同时向各自的sta发送数据。这种SR操作与BSS着色技术一起使用时，可以提高信道利用率并提供更好的吞吐量。

BSS着色

SR操作使用BSS颜色标识符，使802.11ax设备在同一信道上传输时能够区分不同的BSS。BSS颜色是BSS的数值标识符，值范围为[1,63]。BSS颜色信息在HE SIG-A中的6位BSS颜色字段中，该字段存在于802.11ax物理层(PHY)报头的前文中。如果帧的颜色与BSS的颜色相匹配，则为BSS内传输，因为发送设备与接收设备属于同一个BSS。如果检测到的帧与自身的BSS颜色不同，则该帧为inter-BSS帧。802.11ax AP在检测到使用相同颜色的OBSS时，可以改变其BSS颜色。此流程图显示了BSS着色过程。

当检测传输时，802.11ax设备通过检测BSS颜色域来区分BSS帧内和BSS帧间。对于bss内帧，802.11ax设备使用缺省的PD阈值-82 dBm。对于跨bss帧，采用更激进的PD阈值来增加并行传输的数量。

这是SR与BSS着色的可能用例场景。

住宅的场景考虑一套两层的住宅公寓。

每层包含两个BSS，每个BSS由AP和STA组成。在这种情况下，带有BSS着色的SR将提高网络的总吞吐量和每个BSS的吞吐量。这个例子建模并模拟了这个用例场景。

型号802.11ax住宅场景与BSS着色

本例演示了802.11ax网络中的通信，其中有四个BSS，每个BSS包含一个AP和一个站。这些站实现了带有物理载波感知和虚拟载波感知的载波感知多址避碰(CSMA/CA)。物理载波传感使用清晰的CCA机制来确定介质在传输前是否繁忙。而虚拟载波传感则采用RTS/CTS握手来防止隐藏节点问题。所有节点均使用IEEE Std 802.11ax™-2021中定义的双网络分配向量(Intra NAV和Basic NAV)实现虚拟载波传感[1］．

节点配置

将节点指定为AP或STANodeType面具参数。若要将该节点配置为STA，必须指定与其关联的AP节点名称美联社的名字参数。所有节点配置为STA，具有相同的美联社的名字属于一个BSS。

在“应用程序流量生成器”块中目的地名称AP的参数总是配置给同一个BSS的STA节点。而,目的地名称参数的值始终与。参数的值一致美联社的名字参数。

查看WLAN节点组件，请参见802.11ax系统级仿真与物理层抽象的例子。

苹果电脑配置

实现这些步骤来配置节点执行SR操作。

  1. 集PHY Tx格式转为HE格式(HE-SU或HE-EXT-SU或HE-MU-OFDMA)的MAC配置参数。

  2. 选中，启用SR操作使用BSS颜色启用空间重用选择。

  3. 通过将BSS color字段设置为范围[1,63]中的值来指定BSS颜色。BSS中的所有节点必须配置为相同的值BSS颜色字段。每个BSS必须有一个唯一的BSS颜色。

  4. 通过“setting”指定OBSS PD阈值OBSS PD阈值字段设置为范围[-62，-82]中的值。

模拟结果

运行模拟以可视化并行传输并获得BSS的聚合吞吐量。

  • 运行时可视化图，显示每个节点在信道争用、传输和接收上花费的时间。

在该图中，节点到BSS的映射如图所示:

  • BSS1 - Node1和Node2

  • BSS2 - Node3和Node4

  • BSS3 - Node5和Node6

  • BSS4 - Node7和Node8

观察节点并发地传输帧。因此，SR操作可以同时传输数据，从而有效地利用通道。

  • 每个BSS聚合吞吐量图

该图显示了网络的每个BSS聚合吞吐量。

您可以通过运行以下部分中详细介绍的模拟来分析改变OBSS PD阈值对聚合网络吞吐量的影响。

  • 提供的负载和OBSS PD阈值对网络吞吐量的影响

在每个BSS中，指定STA和AP, AP为其对应的STA服务。若要启用STA作为发射机，请设置应用程序状态应用程序流量生成器块的“On”。对于每个BSS, AP和STA的配置请参见本表。

参数 价值
数据包大小(字节) 1700
报文间隔(秒) 0.0001
访问类 最大的努力
最大A-MPDU子帧 64
MCS 0
PHY Tx格式 HE-SU
Ack政策 没有应答
RTS阈值(字节) 65535
最大短重试次数 10
最长重试次数 10
传输链数 1
Tx队列大小(每个目标和每个AC) 64
模拟时间(秒) 0．5

改变OBSS PD阈值分别为-82，-72，-68，-65，-62。在每次模拟运行结束时，从statistics.mat文件。绘制提供负载和OBSS PD阈值对网络吞吐量的影响。

这段代码绘制了当AP传输到相应的STA时，所提供的负载和OBSS PD阈值对平均网络吞吐量的影响。

%提供负载(Mbps)offeredLoad = [40 64 88 112 126 160];不同负载下OBSS PD阈值-82 dBm的%吞吐量结果(Mbps)Throughput1 = [1.7640 1.7152 1.8524 1.8536 1.8020 1.8320];不同负载下OBSS PD阈值-72 dBm的%吞吐量结果(Mbps)Throughput2 = [2.5900 2.3392 2.4860 2.4416 2.4820 2.5360];不同负载下OBSS PD阈值-68 dBm的%吞吐量结果(Mbps)Throughput3 = [3.0040 2.9632 2.9964 2.8112 2.9036 3.0480];不同负载下OBSS PD阈值-65 dBm的%吞吐量结果(Mbps)Throughput4 = [3.0400 3.2672 3.4012 3.2984 3.3388 3.4320];不同负载下OBSS PD阈值-62 dBm的%吞吐量结果(Mbps)Throughput5 = [2.8780 2.9952 3.0140 3.3320 3.2708 3.2720];%获得屏幕分辨率分辨率= get(0，“拉”）;屏幕宽度=分辨率(3);screenHeight =分辨率(4);figureWidth = screenWidth*0.7;figureHeight = screenHeight*0.7;创建图形图(“位置”， [screenWidth*0.2, screenHeight*0.1, figureWidth, figureHeight])%保留图持有在在OBSS PD阈值设置为-82 dBm的情况下获得的吞吐量%提供负载(Mbps)和保留地块情节(offeredLoad throughput1,“o”)举行在绘制在OBSS PD阈值设置为-72 dBm时获得的吞吐量%提供负载(Mbps)和保留地块情节(offeredLoad throughput2,“- x”)举行在在OBSS PD阈值设置为-68 dBm的情况下获得的吞吐量%提供负载(Mbps)和保留地块情节(offeredLoad throughput3,”——+ ')举行在在OBSS PD阈值设置为-65 dBm的情况下获得的吞吐量%提供负载(Mbps)和保留地块情节(offeredLoad throughput4,“s”)举行在在OBSS PD阈值设置为-62 dBm的情况下获得的吞吐量提供负载百分比(Mbps)情节(offeredLoad throughput5,“- d”网格)在添加x标签、y标签和图例包含(提供的负载(Mbps)) ylabel (吞吐量(Mbps)的)传说(“禁止空间重复利用”，“空间复用OBSS PD -72 dBm”，.．.“空间复用OBSS PD -68 dBm”，“空间复用OBSS PD -65 dBm”，.．.“空间复用OBSS PD -62 dBm”，“位置”，“northeastoutside”）;添加标题标题(“提供负载和OBSS PD阈值对网络吞吐量的影响”）

可以观察到，启用SR操作时，网络吞吐量更高。此外，吞吐量随着OBSS PD阈值的增加而增加。

  • OBSS PD阈值对各BSS吞吐量的影响

将OBSS PD阈值设置为-82、-77、-72、-67和-62 dBm，并绘制对每个BSS吞吐量的影响。

numOBSSPDValues = 5;OBSSPDValues = {“-82”，“-77”，“-72”，“-67”，“-62”}；初始SR统计数据%吞吐量= 0 (numOBSSPDValues, 1);BSS1的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithOutSpatialBSS1 = [2.1216 4.5696 4.5696 4.7328 3.318];BSS2的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithSpatialReuseBSS2 = [1.9040 1.0336 1.7952 1.1686 2.448];BSS3的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithSpatialReuseBSS3 = [2.00672 2.0128 1.1088 2.23 3.590];BSS4的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithSpatialReuseBSS4 = [1.1152 2.3120 4.1616 4.706 3.726];创建一个包含不同统计数据的图表矩阵。PlotMatrix = [throughputWithOutSpatialBSS1' throughputWithSpatialReuseBSS2'.．.throughputWithSpatialReuseBSS3 ' throughputWithSpatialReuseBSS4 '];nextBarOffset = 1;设置条形图的颜色颜色= [0.9294 0.6941 0.1255;0.4941 0.1843 0.5569;0.4667 0.6745 0.1882;0.3020 0.7451 0.9333;0.6353 0.0784 0.1843;];%获得屏幕分辨率分辨率= get(0，“拉”）;屏幕宽度=分辨率(3);screenHeight =分辨率(4);figureWidth = screenWidth*0.7;figureHeight = screenHeight*0.7;创建图形图(“名字”，“802.11网络(PHY和MAC)统计”，.．.“位置”， [screenWidth*0.2, screenHeight*0.1, figureWidth, figureHeight]);设置图形轴。figAxis = gca;持有在%使用创建的绘图矩阵绘制为i = 1: 5 bar(nextBarOffset, PlotMatrix(i,1)，“FaceColor”，颜色(1，:))nextBarOffset = nextBarOffset+1;酒吧(nextBarOffset PlotMatrix(我,2),“FaceColor”，颜色(2，:))nextBarOffset = nextBarOffset+1;酒吧(nextBarOffset PlotMatrix(我,3),“FaceColor”，颜色(3，:))nextBarOffset = nextBarOffset+1;酒吧(nextBarOffset PlotMatrix(我,4),“FaceColor”，颜色(4，:))nextBarOffset = nextBarOffset+6;结束lastBarOffset = nextBarOffset;%将图例设置为情节传奇(“BSS1”，“BSS2”，.．.“BSS3”，“BSS4”，“位置”，“northeastoutside”）;命名图形的x轴包含(OBSS PD阈值(dBm)）说出图的y轴ylabel (吞吐量(Mbps)的）x轴上每个刻度之间的差距%tickInterval = (lastBarOffset-1)/numOBSSPDValues;为x轴创建刻度xticks (1: tickInterval: numOBSSPDValues * tickInterval)将已创建的刻度标签添加到轴上figAxis。XTickLabel = OBSSPDValues;添加标题标题(OBSS PD阈值对每个BSS吞吐量的影响）

观察有SR的吞吐量与没有SR的吞吐量相比的增加(OBSS PD阈值-82 dBm)。随着OBSS PD阈值的增加，PHY会丢弃更多检测到的跨bss的帧，从而使sta能够并发传输这些帧。因此，您还可以看到吞吐量随着OBSS PD阈值的增加而增加。

使用上表中指定的配置参数运行模拟:

  • 对于BSS1和BSS4，当OBSS PD阈值设置为-67 dBm时，吞吐量最大。

  • 对于BSS2和BSS3，当OBSS PD阈值设置为-62 dBm时，吞吐量最大。

您可以对该模型进行多次模拟，以可视化OBSS PD阈值对网络吞吐量的真实影响。

该示例使您能够在多节点IEEE 802.11ax网络中建模一个住宅场景，以研究使用BSS着色的SR。空间重用与BSS着色支持被添加到PHY和MAC库块。金宝app该模型采用恒定OBSS PD算法选取OBSS PD阈值。仿真结果验证了采用SR和BSS着色后的信道吞吐量性能和信道效率的提高。

进一步的探索

本例使用常量OBSS PD算法。该算法根据所配置的OBSS PD值来决定是否允许对传入的OBSS帧进行进一步处理或丢弃。OBSS PD值可以通过使用各种PHY和MAC水平测量的自定义用户特定算法来改变。修改OBSS PD算法constantOBSSPDAlgorithm属性使用的辅助函数EDCA MAC块存在于MAC层。

本例中，只有启用了SR功能，才可以配置多bss。为了比较使用和不使用SR操作的多bss场景的结果，为配置相同的值OBSS PD阈值而且ED阈值参数来模拟非sr操作，而不实际禁用使用BSS颜色启用空间重用参数。

附录

下面的例子使用了这些helper:

  1. edcaAssignBSSIDs.m:指定BSS id

  2. edcagetBSSInfo.m:返回BSS信息

  3. edcaValidateBSS.m:验证BSS

  4. hDisplayNetworkStats.m:显示每个BSS聚合吞吐量

  5. constantOBSSPDAlgorithm.m:创建固定的OBSS PD算法对象。

  6. obssPDAlgorithm.m:创建OBSS PD算法对象。

  7. edcaFrameFormats.m:为PHY帧格式创建枚举。

  8. edcaNodeInfo.m:返回节点的MAC地址。

  9. edcaPlotQueueLengths.m:在模拟中绘制MAC队列长度。

  10. edcaPlotStats.m:绘制MAC状态转换与模拟时间的关系。

  11. edcaStats.m:为模拟统计数据创建一个枚举。

  12. edcaUpdateStats.m:更新仿真统计信息。

  13. helperSubframeBoundaries.m:返回A-MPDU的子帧边界。

  14. phyTxAbstracted:模拟与报文传输相关的PHY操作

  15. phyRxAbstracted:模拟与数据包接收相关的PHY操作

  16. channelBlock:对节点通道进行建模

  17. addMUPadding.m:增加或删除HE-SU和HE-MU PSDU的填充差

  18. macQueueManagement.m:新建WLAN MAC队列管理对象

  19. roundRobinScheduler.m:创建轮询调度程序对象

  20. calculateSubframesCount.m:计算形成MU-PSDU所需的子帧数

  21. hCreateWLANNetworkModel:创建给定节点数的WLAN网络

  22. hSetupAbstractChannel: TGax通道设置

  23. rateAdaptationARF.m:创建ARF (auto rate fallback)算法对象。

  24. rateAdaptationMinstrelNonHT.m:创建吟游诗人算法对象。

参考文献

  1. IEEE标准802.11ax™-2021。IEEE信息技术标准。系统间的电信和信息交换。局域网和城域网。特殊要求。第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范。修改件1:高效WLAN的增强。

  2. IEEE Std 802.11™-2020。IEEE信息技术标准。系统间的电信和信息交换。局域网和城域网。特殊要求。第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范。

  3. Wilhelmi, Francesc, Sergio Barrachina Munoz, Cristina Cano, Ioannis Selinis和Boris Bellalta。IEEE 802.11ax wlan中的空间重用。[c]， 2019年11月29日。

  4. 威廉米，弗朗西斯科，塞尔吉奥·巴拉奇纳-穆尼奥斯和鲍里斯·贝拉尔塔。IEEE 802.11ax wlan中空间复用操作的性能研究。2019年IEEE通信与网络标准会议(CSCN)， 2019, 1-6。